ГОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА» 

Факультет биолого-химический

Кафедра химии 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

ХИМИЯ В  ПРОИЗВОДСТВЕ КОСМЕТИКИ 

Автор курсовой работы________________________________ А. М. Лукашина

Обозначение курсовой работы     КР-02080256-040106-106-10

Специальность 050102 «Биология» с дополнительной специальностью «Химия»

Руководитель  работы

к. х. н., доцент каф. химии_____________________________ Н. Я. Кучеренко

Оценка   _______________ 
 
 
 
 
 

Саранск 2010

ГОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА» 

Факультет биолого-химический

Кафедра химии 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

       Студент                           А. М. Лукашина                        группа БДБ-106

       1 Тема Химия в производстве косметики и лекарственных средств

       2 Срок представления работы к  защите_________________________

       3 Исходные данные для научного  исследования литературные данные

       4 Содержание курсовой работы

       4.1 Введение          

       4.2 Производство пудры 

       4.3 Производство губной помады

            4.4 Производство туши для ресниц, теней для век и карандашей для бровей

             4.5 Производство лака для ногтей, средств для окраски волос и дезадарантов

             4.6 Производство средств для чистки зубов

   4.7 Заключение

       4.8 Список использованных источников       
 

       Руководитель  работы

       к. х. н., доцент каф. химии_______________________Н. Я. Кучеренко 

       Задание приняла к исполнению___________________А. М. Лукашина 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение                                                                                                                 4

1. Производство  пудры                                               6 2. Производство губной помады                                                                          11

3. Производство туши для ресниц, теней для век и карандашей для бровей  15

4. Производство  лака для ногтей, средств для окраски волос и     дезадарантов                                                                                                           17

5. Производство средств для чистки зубов                                                        20

Заключение                                                                                                           23

Список  использованных источников                                                                  24    
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     В мире считается, что среди наиболее прибыльных отраслей промышленности на одном из первых мест стоит косметическая. Наблюдения показывают, что если нужно, то женщины могут отказать себе во многом, только не в том, что сделает их хотя бы чуточку красивее [1].

     Искусство косметики уходит в далекое прошлое. Так, при раскопках найдены египетские мумии, ногти которых раскрашены. В усыпальницах египетских пирамид обнаружены натуральные краски и косметические инструменты, различные плитки для приготовления смеси красок и румян, сосуды для хранения мазей и масел. Найден письменный документ — папирус Эберса, в котором изложены косметические правила и рецепты. Его написание относят к пятому тысячелетию до новой эры. Древние рукописи свидетельствуют, что уже тысячи лет назад женщины Востока подкрашивали веки в голубой цвет тончайшей пыльцой из толченой бирюзы. Бирюза — это природный минерал, имеющий состав СuА1₆(РО₄)₄(ОН)₈∙4Н₂О.

     С незапамятных времен для подкрашивания  бровей использовался мягкий природный  минерал — сурьмяный блеск  Sb₂S₃. В русском языке было выражение «сурьмить брови». Сурьмяный блеск поставлялся в различные страны арабами, которые называли его стиби.

     От  этого названия и пошло латинское  стибиум, означавшее в древности  не химический элемент, а его сульфид  Sb₂S₃. Природный сурьмяный блеск имеет цвет от серого до черного с синей или радужной побежалостью.

     Достоверно  известно, что в России косметические  краски применялись в конце XVI и особенно широко в XVII веке [5].

     Ассортимент средств декоративной косметики, вырабатываемых промышленностью, разнообразен и включает следующие виды изделий: губные помады и блеск для губ, тени для век, тушь для ресниц, лаки для ногтей, маскирующие карандаши, румяна, макияжи и др.

     Промышленность  выпускает перламутровые губные помады и кремы, а также шампуни с перламутровыми блесками. Перламутровый эффект в косметических средствах создается солями висмутила ВiOСl и BiO(NO₃)₂ или титанированной слюдой — перламутровым порошком, содержащим около 40 % ТiO₂. Давно известны жемчужные или испанские белила. Их основным компонентом является BiO(NO₃)₂, образующийся при растворении нитрата висмута Bi(NO₃)₃ в воде. В косметике эти белила используют для приготовления белого грима.

     Для создания специальных косметических  средств (гримов) применяют оксид цинка ZnO, получаемый прокаливанием основного карбоната (ZnOH)₂CO₃. В медицине его используют в присыпках (в качестве вяжущего, подсушивающего, дезинфицирующего средства) и для изготовления мазей [6].

     Цель  курсовой работы: изучение технологии производства косметики, а так же выявление роли химии в данном производстве.

     Основными задачами курсового проекта являются: рассмотрение возможных вариантов технологических схем производства, выбор оптимальной и обоснование выбора технологической схемы и оборудования; проанализировать и рассчитать процесс; разработать и рассчитать аппаратуру, необходимую для проведения этого процесса, изучение эффективности технологического процесса, основными показателями которого являются расход сырья, энерго- и трудозатраты на единицу продукции, выход и качество готовой продукции, интенсивность процесса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Производство пудры 

     Пудра относится к числу изделий  декоративной косметики пользующейся большим спросом у потребителя. Ее вырабатывают в порошкообразной, жидкой и спрессованной компактной форме. Это ароматизированная тонкодисперсная однородная смесь минеральных и органических веществ, предназначенная для улучшения цвета лица, для защиты кожи от вредных влияний среды и впитывания выделений кожи. Пудра должна легко впитывать выделения кожи, чтобы устранить блеск кожи, особенно носа, и оставлять легкий слой, под которым кожа выглядит матовой, бархатистой [3].

       Косметические декоративные пудры  — многокомпонентные смеси. В  них входят: тальк, каолин (белая глина в состав которой входят Al и Si), окись цинка ZnO, двуокись титана TiO2, MgCO3, крахмал, цинковые и магниевые соли стеариновой кислоты, а также органические и неорганические пигменты, в частности Fe2O3. Тальк придает пудре сыпучесть и скользящий эффект. Его недостатком является способность впитываться в кожу и придавать жирный блеск. Тем не менее, в состав пудр он входит в количестве до 50—80 %. Каолин обладает высокой укрывистостью и способностью впитывать избыток жировых выделений кожи. Его повышенная гигроскопичность способствует слеживаемости и неравномерному распределению пудры на коже, поэтому каолин вводят не более 25 %. Оксиды цинка и титана обладают хорошей укрывистостью. Кроме того, оксид цинка обладает антисептическими свойствами и потому одновременно играет роль дезинфицирующей добавки. Эти оксиды вводят в пудры до 15 %. В больших количествах они приводят к сухости кожи. Крахмал (C6H10O5)n придает коже бархатистость, а благодаря стеаратам цинка (C17H35COO)2Zn и магния (C17H35COO)2Mg пудра хорошо удерживается на коже и делает ее гладкой [7].

     Широко  распространены пудры белого, розового, желтоватого, желтовато-розового цветов, а также цвета загара и персика. Для окрашивания пудры применяют красители неорганические (сиена, железоокисные пигменты желтый и красный и др.), органические (эозин, лак красный ЖБ, краски косметические), минерального и синтетического происхождения.

     Чтобы пудра имела приятный запах, в  нее добавляют соответствующую  данному названию отдушку.

       Компактная пудра в отличие  от рассыпной содержит связующие добавки: натрийкарбоксиметилцеллюлозу, высшие жирные кислоты, воски, многоатомные спирты и их эфиры, минеральные и растительные масла. Они позволяют получать при прессовании брикеты определенной формы, которые сохраняют прочность при длительном употреблении [3].

     Ассортимент отечественной пудры насчитывает более 30 наименований. По ОСТ 18-249-75 пудра в зависимости от качества подразделяется на 3 группы: экстра, группы I и II.

     Для получения пудры группы экстра дополнительно  измельчают исходное сырье или всю  пудровую массу. Пудру группы I просеивают через сито № 73 (сетка капроновая), группы II - через сито № 61 (сетка капроновая). В зависимости от назначения и состава пудра групп I и II вырабатывается для сухой и жирной кожи. Пудра группы экстра предназначена для нормальной, сухой и жирной кожи. Различие между ними заключается в содержании компонентов в рецептурах. В зависимости от агрегатного состояния частиц пудру изготовляют россыпью, спрессованную компактной в специальной упаковке, кремообразную (в тубах и банках) и жидкую (во флаконах) следующих цветов: белая, розовая, светлая рашель, Рашель, загар светлый и темный и др. [5]

     Процесс приготовления всех видов пудр (за исключением кремообразной и  жидкой) сводится в основном к смешиванию всех ее ингредиентов с последующим  просевом на ситах (имеющих 3600 отверстий на 1 см) или смешивание и измельчение на соответствующих мельницах, компактной — к смешиванию и прессованию. Процесс приготовления рассыпной пудры группы экстра с применением виброизмельчения (фабрика "Новая Заря") (рис. 1) состоит из операций транспортировки и обвешивания компонентов, предварительного просеивания, смешивания, измельчения и транспортировки готовой пудры на фасовку.

Рис. 1.  Технологическая схема приготовления компактной пудры

     В сборник 1, установленный на весах, отвешивают компоненты пудры в соответствии с ее рецептурой. Посредством аэрозольтранспорта 2 подготовленная масса подается в приемную воронку 3, затем через шлюзовой затвор 4 и материалопровод 5 - в циклоны 6. В дальнейшем через шлюзовой затвор 7 масса попадает на вибросито 8 и роторный смеситель 9. После тщательного перемешивания пудровая масса с помощью классификатора 12, измельченная на вибромельнице 10 до величины частиц 6-12 мкм, направляется в приемный циклон 13. Пылевидные частицы, отсасываемые вентилятором 11 из циклона 13, поступают в вибромельницу 10. Подготовленная масса через бункер 14 направляется на фасовочный автомат 15. Для приготовления компактной пудры используется аналогичное сырье с добавлением в качестве связующих агентов декстрина, патоки, геля из крахмала и жировой добавки (ланолин, гидрированные спирты, спермацет, пчелиный воск, пентол и косточковое масло).

     Технологическая схема приготовления компактной пудры, заимствованная из зарубежного  опыта (Франция), приведена на рис. 1. Сырье со склада подается пневмотранспортом в пять бункеров 1, 2, 3, 4, 5. На весах 15 и 13 в переносных бочках 14 отвешиваются заданные по рецептуре количества краски и каолина, смешиваются в краскотерке 11и хранятся в бачке 12. В дальнейшем готовая краска по мере надобности из бачка 12 специальным транспортером 16 подается в бункер 17. Дозирование отдушки осуществляется дозатором 18, установленным на шнек-смесителе 19. Заготовка и дозирование компонентов для компактной и рассыпной пудры аналогичны. Из бункеров 1-5 компоненты поступают на автоматические весы 6, 7, 8, 9, 10, а после взвешивания — в шнек-смеситель 19, куда поступают краситель и отдушка. Пудровая смесь шнеком 20 подается в бурат 27, и после просеивания (грубое классифицирование частиц по размеру) направляется в передвижной бачок 22. В дальнейшем технология различная. Приготовленная исходная пудровая масса может поступать в производство рассыпной и на дальнейшую переработку для приготовления компактной пудры. В последнем случае пудровая масса и связующие компоненты с помощью спирального транспортера 23 подаются из бачка 22 в центробежный смеситель 24, снабженный рубашкой, куда подается холодная вода для охлаждения. В смеситель подаются также жидкая МаКМЦ и компактирующие добавки. В нем осуществляется интенсивное перемешивание и дополнительное измельчение компонентов массы. Измельченная масса с помощью шлюзового затвора 25 и приемника 31 попадает на классификационную установку, разделяющую исходную массу пудры на три части:

     - частицы, размер которых превышает 20-30 мкм после разделения на сите, возвращаются через шлюзовой затвор 28 с помощью спирального транспортера 27 в смеситель 24 для дополнительного измельчения;

     - частицы размером менее 2 мкм аспирируются и осаждаются в фильтрах 26, выводятся из схемы для использования в других изделиях (детские присыпки, тальки и т. д.);

     - частицы размером от 3 до 20 мкм (оптимальный размер частиц, обладающих хорошей кроющей способностью и не закупоривающих поры кожи) из бункера 29 спиральным шнеком 32 подаются в бункера 33, из которых по мере необходимости попадают на машину 34 для компактирования, осуществляемого в металлические чашечки, поступающие из питателя. На узле прессования в чашечку запрессовывается пудра, после чего чашечка из машины выводится на ручной конвейер 35 для сборки пудреницы, укладки и закрепления чашечек в пудреницах. Во избежание пыления в цехе вся классификационная установка аспирируется с помощью вентилятора 30 [6].

     Жидкая  пудра представляет собой суспензию  обычной пудры в водно-глицериновом растворе с незначительными добавками спирта, жироподобных компонентов (спермацет, стеарин, парфюмерное масло, моностеарат глицерина и др.). Эту пудру приготовляют в аппарате, снабженном мешалкой рамного типа. Полученная суспензия в зависимости от вязкости фасуется на автоматах розлива жидкостей или тубонаполнительных машинах.

     Кремообразная пудра или тональные кремы  позволяют замаскировать незначительные дефекты кожи лица и придают ей здоровый, свежий и привлекательный  вид, а также желаемый оттенок.

     Эти кремы представляют собой сложную  коллоидную систему - эмульгосуспензию.

     Чрезвычайно важную роль в таких системах играют поверхностно-активные вещества, действие их многообразно и сложно.

     В отличие от кремов косметических  технология приготовления тональных кремов включает дополнительную стадию приготовления суспензии красителей [9].

2 Производство губной помады 

     Губная  помада, является особенно распространенным видом декоративной косметики. В  зависимости от назначения их выпускают гигиенические, для окраски губ, и специального назначения. Тона разнообразны  (более 300) от светло-морковного до темно-красного с фиолетовым оттенком.

     Карандаши губных помад выпускаются в металлических (латунных) или алюминиевых и пластмассовых пеналах различных конструкций [3].

     Губные  помады должны быть безвредны, иметь  хороший внешний вид, легко наноситься на губы, равномерно их, окрашивая, держаться  на губах несколько часов и не крошиться. В состав губных помад входят жировая основа, краситель, растворитель для него, наполнитель и отдушка. Для придания твердой консистенции и определенной температуры плавления в губные помады вводят твердые жиры и воски (пчелиный и карнаубский, церезин), парафин, глицерин C3H5(OH)3, моностеарат глицерина C15H30O4, спермацет, а также высокомолекулярные спирты.

     Пчелиный  воск (белый или желтый), вводимый в количестве 7— 20 %, соединяет компоненты губной помады, придает ей твердость (но не жесткость), увеличивает прочность мазка, эластичность, мягкость, способствует лучшей прилипаемости красителей к губам. Карнаубский воск, получают из листьев пальмы. Он образуется на нижней поверхности листьев в довольно значительных количествах (до 7 г на одном листе). Твердый хрупкий продукт желтого цвета без запаха. Высокая температура плавления, твердость, хорошая полирующая способность придают этому продукту качества, которых не имеют воски других видов. При определении модуля упругости и временного сопротивления сжатию (в интервале температур 23-40° С) натуральных и синтетических восков установлено, что карнаубский воск обладает самыми высокими прочностными свойствами среди исследованных образцов [8].

     За  рубежом наряду с натуральными восками  широко используются синтетические  продукты: неполные эфиры, этилен или пропилен гликоля и предельных жирных кислот (пальмитиновая CH3(CH2)14COOH, миристиновая C13H27COOH, стеариновая CH3(CH2)16COOH) и др.

     Озокерит  и церезин способны хорошо связывать  жиры и красители, что в сочетании  с довольно высокой температурой плавления и пластичностью делает их незаменимыми компонентами губных помад. Спермацет придает губной помаде жирность и твердость, хорошо смягчает губы. Высокомолекулярные спирты (цетиловый спирт C16H33OH) делают мазок губной помады нежным и тонким. Какао-масло придает губной помаде жирность и блеск.

     Моностеарат глицерина является растворителем красителей эозина и эозиновой кислоты, а также способствует диспергированию лаковых красителей и наполнителей. Мазеобразные компоненты губной помады (ланолин и частично гидрированное касторовое масло) придают помаде пластифицирующие свойства, повышают плотность прилипания мазка к слизистой оболочке губ. Ланолин хорошо смягчает кожу губ, его вводят от 5 до 20%. Иногда используется ацетилированный ланолин, который лучше смешивается с касторовым маслом, чем обычный, и обладает меньшей липкостью. Свиной жир придает губной помаде мягкость и жирность, улучшает ее вкус. Касторовое масло, вводимое для растворения эозина (красителя), способствует более равномерному распределению его. Цетиолан может заменить касторовое масло в производстве губных помад. Вырабатываются простые и трудносмываемые губные помады.

     Простые держатся, небольшой промежуток времени. Они состоят из жировой основы и нерастворимых в воде и жирах красителей. В трудно-смываемых губных помадах применяются водорастворимые красители: эозин, родамин Ж, родамин С, эритрозин.

     В качестве растворителей этих красителей используются, кроме касторового  масла, глицерин C3H5(OH)3, диэтилфталат C6H4(COOC2H5)2, полиэтиленгликоли, бутилстеарат C22H44O2, моностеарат глицерина, пропиленгликольмоноэтиловый эфир и др. [7]

     К губным помадам специального назначения относятся, например, фотозащитные (содержащие специальные вещества, защищающие губы от тепловых лучей ультрафиолетового спектра и ряд других), в состав которых входят пленкообразующие, противовоспалительные.

     На  рис. 3 показана технологическая схема производства губных помад. Весь технологический процесс производства состоит из следующих четырех технологических операций (рис.2) [9].  

Рисунок 2. Блок-схема приготовления  губных помад

Рисунок 3. Технологическая схема приготовления губных помад

     На  весах 1 отвешивают соответствующее количество компонентов жирового сырья, которое загружают в передвижную емкость 3, установленную под настенной мешалкой 2. Расплавленную массу фильтруют из промежуточной емкости 4 насосом 5 через фильтр 6 в передвижную емкость 7.

     Взвешенные  на весах II красители и наполнители загружают в емкость 12 с мешалкой 9, куда добавляют жидкие компоненты (сорби-танолеат, парфюмерное масло и т.д.) из емкости 10 насосом 8. Полученную смесь подвергают вальцеванию на трехваловой машине 13.

     Емкость 15 с профильтрованной жировой основой и приготовленной пигментной пастой устанавливают под гомогенизатор 16. Далее готовую массу губной помады насосом 18 через фильтр 20 передают в емкость.

     Полуавтоматическая  формовка и фасовка губной помады производятся на линиях фирмы "Антон  Олерт" (ФРГ). Отфильтрованная масса загружается в литьевой котел 21, а затем дозируется в литьевые формы. Сформованные   карандаши автоматически выталкиваются в пенал. Затем пеналы с губной помадой подаются на ручную упаковку.

     Наряду  с полуавтоматическим производством  губных помад на некоторых предприятиях сохраняется еще их выпуск на ручных конвейерах (см. рис. 3 поз. 23-28).

     Отфильтрованная масса загружается в котел  22 и разливается в металлические формы 23, которые помещаются на охлаждающий стол 24. После охлаждения формы разбираются и карандаши губной помады укладываются в металлические подносы 25, которые передаются на конвейер 26 для фасовки в пенал 27 и упаковки в коробки 28 [6]. 
 
 
 

3 Производство туши для ресниц, теней для век и карандашей для бровей

     Для окраски, утолщения и удлинения ресниц и придания им четкой формы косметической промышленностью вырабатывается специальная тушь. Она состоит из основы и красок. В основу входят мыло, декстрин (C6H10O5)n, парафин, воск, стеарин и отдушка. В качестве красок применяют сажу, марсы, ультрамарин и пр. Тушь выпускается в виде брусков в коробочках и в виде жидкой эмульсионной массы в небольших баллончиках различных тонов. Технология приготовления брусковой туши близка к технологии получения губных помад, эмульсионную тушь готовят аналогично тональным кремам. Технологическая схема производства жидкой туши для ресниц показана на рис. 4. 

Рисунок 4. Технологическая  схема приготовления  жидкой туши для ресниц.

     Отвешенные  на весах 1 жировые компоненты загружаются в передвижную емкость 3, которая устанавливается под настенной мешалкой 2. Расплавленную массу из промежуточной емкости 4 перекачивают насосом 5 через фильтр 6 в емкость 7. Одновременно в емкость 15 загружают красители, пленкообразующие компоненты, расплавленную жировую основу и проводят эмульгирование массы в гомогенизаторе 16. Готовая смесь из сборника 17 через фильтр 20 насосом 18 подается в емкость 19 и пропускается через коллоидную мельницу 21. Далее готовая масса подается в машину для автоматического наполнения и укупорки.

     Пигментная  паста и жидкий краситель, отвешенные на весах 11, компонент из емкости 10 насосом 8 подаются в емкость 12 с мешалкой 9. Полученную смесь подвергают вальцеванию на трехваловой машине 13 и готовую пигментную пасту добавляют в емкость 14 [6].

     Тени  для век и средства для наведения  теней под глазами. Их применяют  для оттенка глаз и придания им "глубины". Тени вырабатываются различных цветов и оттенков в виде паст, карандашей и в компактном виде. Тени в виде паст и карандашей состоят из основы (смеси жировых, воскообразных веществ и нефтепродуктов) и красителей. Технология приготовления изделий в виде паст и карандашей и аппаратурное оформление процесса производства и фасовки аналогичны производству губной помады.

     Получение теней для век (компактных) аналогично получению компактной пудры.